双极膜的应用与展望.doc

双极膜应用与展望双极膜应用展望离子交换膜从1890年发现至今已有100多年的发展史，国内外已开发出了多个品种，并在化工生产、海水综合利用、脱盐等方面得到了广泛应用，特别是上世纪八十年代双极膜的工业化，使离子交换膜的应用领域得到了大大的拓宽，并使离子交换膜应用的经济性、合理性、全面性实现了突破性进展，它的应用将给一些化工产品生产、化工及冶金工业废水处理、生化、有机电化学、工业废气等多个领域带来革命性的变化；它的应用将改变基础化工原料的产业结构；它的应用会使一些大量使用酸碱的行业的酸碱实现循环利用成为可能；它的应用对化工、冶金清洁生产技术的进步起到独特的关键性的作用，它使企业对污水和废气进行彻底治理的同时，不但不会增加企业的负担，而且还会降低产品的生产成本，提高产品质量，给企业带来更高的经济效益，使企业真正达到零排放。总之，双极膜的应用，对节能减排，发展循环经济，节约资源，提高资源利用率，解决保护环境与发展经济之间的矛盾都具有重大深远的战略意义。一、离子交换膜离子交换摸是电膜过程的“心脏”，通常是由骨架状有机高分子聚合物或无机高分子聚合物所构成的膜状物和附着在骨架上的固定离子基团构成。当离子基团是阴离子时，阳离子可以与其中的阴离子基团结合，进入膜内，在直流电场的作用下，阳离子可在膜内沿电场方向向阴极方向迁移，进而到达膜的另一侧，而阴离子由于同电相斥原理，而不能进入并穿过该膜，简言之，它只允许阳离子通过，所以这种膜被称为阳离子交换膜，与之相反，当离子基团是阳离子时，它只允许阴离子通过，故此称之谓阴离子交换膜。二、双极膜双极膜是在同一张离子交换膜上，一侧带有固定阴离子基团（称之为阳离子交换层），而另一侧带有固定阳离子基团（称之为阴离子交换层）它的这一结构赋予了该膜的一些特殊性能。一方面阴离子和阳离子均不能穿过该膜，另一方面，它能把水分子离解成H+和OH-，并在“正”直流电场作用下，分别从阳离子交换层和阴离子交换层迁出，该膜称之为双极膜。它的工作原理如图1：图1：双极膜工作原理三、双极膜电渗析原理双极膜与阳离子交换膜和阴离子交换膜同时或分别进行组合，构成双极膜电渗析单元，双极膜电渗析单元有三种，即：双极膜与阴、阳离子交换膜组合；双极膜与阳离子交换膜组合；双极膜与阴离子交换膜组合，三种组合型式可在实际应用中实现不同的分离效果，它们的工作原理如下：1、双极膜与阴离子交换膜和阳离子交换膜的组合（如图 2）BP双极膜 C阳离子交换膜 A阴离子交换膜+阳离交换膜（层） -阴离子交换膜（层）M+阳离子 A-阴离子图2：双极膜与阴、阳离子交换膜组合单元工作原理图从图中可以看出，在电场的作用下，盐室阳离子向阴极方向迁移，通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜电离出的OH-结合生成碱，而盐室中的阴离子则向阳极方向迁移，通过阴离子交换膜进入酸室，与双极膜电离出的H+结合形成酸，这样，盐室中的盐被脱除，并转化为相应的酸和碱。这种组合型式适用于强酸强碱盐的分离过程。2、双极膜与阳离子交换膜的组合（如图3）BP双极膜 C阳离子交换膜 +阳离交换膜（层） -阴离子交换膜（层）M+阳离子 A-阴离子图3：双极膜与阳离子交换膜组合单元工作原理图从图中可以看出，在电场的作用下盐室的阳离子向阴极迁移，通过阳离子交换膜进入碱室，与双极膜电离出的OH-结合形成碱，剩下的阴离子与双极膜电离出的H+ 结合形成酸，盐室形成酸与盐的混合物，这种组合型式适用于强碱弱酸盐的分离和碱回收过程。3、双极膜与阴离子交换膜的组合（如图4）BP双极膜 A阴离子交换膜+阳离交换膜（层） -阴离子交换膜（层）M+阳离子 A-阴离子图4：双极膜与阴离子交换膜组合单元工作原理图从图中可以看出，在电场的作用下盐室的阴离子向阳极迁移，通过阴离子交换膜进入酸室，与双极膜电离出的H+结合形成酸，剩下的阳离子与双极膜电离出的OH-结合形成碱，盐室形成碱与盐的混合物，这种组合形式使用于强酸弱碱盐的分离和酸回收过程。四、双极膜电渗析器的工作原理双极膜电渗析器是由上述的一种多个双极膜电渗析单元叠加在一起和两端的电极组成，由于双极膜电渗析单元有三种，因此，双极膜电渗析器也有三种，由多个双极膜与阴、阳离子交换膜组成的双极膜电渗析单元叠加而成的双极膜电渗析器称为三室双极膜电渗析器，由多个双极膜与阳离子交换膜组成的双极膜电渗析单元叠加而成的双极膜电渗析器称为单阳膜二室双极膜电渗析器，由多个双极膜与阴离子交换膜组成的双极膜电渗析单元叠加而成的双极膜电渗析器称为单阴膜二室双极膜电渗析器。1、三室双极膜电渗析器工作原理（如图5）+阳离交换膜（层）-阴离子交换膜（层） +-双极膜图5：三室双极膜电渗析器工作原理图根据上图看出三室双极膜电渗析器可将盐转变为酸和碱，盐得到脱除。可用于强碱强酸盐的分离。2、单阳膜二室双极膜电渗析器工作原理（如图6）+阳离交换膜（层） +-双极膜图6：单阳膜二室双极膜电渗析器工作原理图根据上图可以看出，单阳膜二室双极膜电渗析器可将盐转化为碱和稀盐与酸的混合物，可用于碱回收和强碱弱酸的分离。3、单阴膜二室双极膜电渗析器工作原理（如图7）+阳离交换膜（层） +-双极膜图7：单阴膜二室双极膜电渗析器工作原理图 从图中可以看出，单阴膜二室双极膜电渗析器可将盐转化为酸和稀盐与碱的混合物，可用于酸回收和强酸弱碱的分离。五、双极膜电渗析器的优缺点。1、双极膜电渗析器的优点（1）双极膜电渗析器的主要特性是将水溶性（或其它溶剂）盐转化为相应的酸和碱的溶液，它不发生氧化还原反应，对于一些易被氧化或还原的产品来说，可得到预期的产物，而电解则有氧化还原反应。如氯化钠的电解的总反应式为：而双极膜电渗析器的反应为：尽管双极膜电渗析器在两极也发生氧化还原反应，但它与电解相比量很小，另外，两个极室与中间的单元是独立的，极少混入产物中。（2）相对电解，双极膜电渗析器使用的电极较少，这样会减小设备体积和投资，避免了大量的电极消耗和电极能耗。（3）实现酸碱的循环使用。达到零排放，节约资源，对于一些在生产过程中使用酸碱形成盐的场何，可利用产生的盐转化为酸碱，实现循环使用，它的费用远低于购入酸碱的费用，这样可以降低产品的生产成本和废物排放，并避免了新购入酸碱所带来的一些新杂质，为后续产品的精制减轻了负担，提高了产品质量，对于使用酸或碱而产生“废酸”或“废碱”的场何，可利用双极膜电渗析将其纯化回收循环使用，达到减少排放，降低废水处理费用，实现废水的零排放之目的，另外，还可以避免废水对产品的夹带，提高产品收率。2、双极膜电渗析器的缺点（1）由于各种离子交换膜的选择透过性不是100%，因此，所产出的酸和碱均带有一定量的盐，能进一步精制尚可，对不能精制而对产品纯度要求又较高的场何，这一缺点是致命的。（2）对进入设备的溶液中的杂质，特别是高价阳离子要求较高，需精制。（3）产品的浓度稍低。六、双极膜的应用与展望1、无机化工方面一般情况下，水溶性无机盐制水溶性无机酸和水溶性无机碱以及水溶性无机酸和水溶性的无机碱的回收，均可通过双极膜电渗析来实现，如钾盐：KCl DNO3 KF K2SO4 KClO3 KClO4 KBF4 等等；钠盐：NaCl NaNO3 Na2SO4 NaClO3 NaClO4 Na2B4O7 NaBr Na2SO3等等；铵盐：NH4Cl (NH4)2B4O7 NH4Br (NH4)2SO3 NH4NO3 NH4F等等，均能得到相应的酸和碱，但用于生产酸碱作为产品销售，它的经济性，产品结构的适应性，质量指标的适应性均有待进一步考查，对于以上废盐制酸碱并实现循环利用这是可行的。现在一般市售碱均为氯盐法，含有一定量的氯离子，一些对氯离子有严格要求的产品能否使用含有其它阴离子杂质的碱来合成，这也是一个非常值得研究的问题。基于双极膜电渗析的这一特性，对于一些无机化工生产过程有着极其特殊的意义。在海水提溴过程中，海水首先要进行酸化，然后通氯氧化、空气吹除碱吸收。这一过程需耗用酸和碱，如用双极膜电渗析，将海水酸化同时制碱，碱用于吸收溴素，这一过程可与海水淡化工程相结合，利用海水淡化后的浓水，除提溴外还可制碱和酸，避免浓水回海，造成海水盐度增加破坏海洋生态，可谓一举多得。在氯碱生产过程中，同样存在类似问题，精盐电解前需酸化，而粗盐液精制前要进行碱化，如利用双极膜电渗析，将精盐酸化，将制得的碱应用于粗盐液精制，可节省大量酸碱，降低能耗。在烷基化反应中，采用HF做为催化剂，洗液是KF，通过双极膜电渗析转化为HF循环使用，而氢氧化钾则用于HF酸洗液。对于一些多酸盐类化合物的制取可用单阳膜双室双极膜电渗析进行转化。如重铬酸钠的制备，一般是用铬酸钠进行酸化，然后分离制得，如果利用双极膜电渗析，从铬酸钠分子中移出一个钠离子，利用双极膜产生的H+实现“无阴离子酸化”，这在化工生产中无疑是一个新的酸化方式，类似的还有，如钨酸铵生产偏钨酸铵，钼酸铵转化为仲钼酸铵。这一过程对后续分离精制带来极大的方便，提高了产品的纯度。在一些金属氢氧化物和金属氧化物，特别是无机颜料的生产过程中，消耗酸碱，并副产含盐废水，在有些产品生产工艺中可实现酸碱的循环利用，在这方面有很大的应用空间，值得去探讨和实验，如钼酸生产过程中消耗氨水和硝酸，转化为硝酸铵，生成酸碱可循环利用；碱法活性氧化铝生产过程中，使用氢氧化钠和硝酸，副产硝酸钠，转化成酸碱可循环使用；碱法钛白粉生产大量使用氢氧化钠和硫酸副产硫酸钠，由于使用的酸浓度不是很高，因此也可以利用双极膜电渗析分离出酸碱并循环利用；苦卤粉生产活性氧化镁等等。另外，一些产品利用双极膜电渗折来生产工艺也值得探讨，如BaCl2+NaOH+生产Ba(OH)2。能否采用双极膜法；二氧化氯生产，一般采用氯酸钠酸性条件下用还原剂还原，能否采用双极膜电渗折脱钠酸化，再进行还原；菱镁矿制氢氧化镁，副产氯化铵的循环利用；离子交换树脂转型废液处理等等。2、在湿法冶金与金属加工方面双极膜电渗析在湿法冶金和金属加工领域的污水治理和酸碱循环利用方面有着极其重大的意义，越来越受到人们的关注。在湿法冶金与金属加工行业的生产过程中，会有大量含金属离子的酸溶液、碱溶液以及盐溶液产生，它的循环再利用会大大降低它们的生产成本，同时也适应了当前企业面临的节能减排，保护自然环境的要求；生产成本的降低和冶炼技术的提高会使当前一些低品位矿物也有其利用的价值，从而大大缓解资源紧缺状况。但应用时会涉及传统工艺的一些改变，还需做大量的基础研究工作，一些被认为污染大，消耗高的老工艺可能被重新使用或改进，扬其长，避其短。湿法冶金的废盐主要来源于酸浸或碱溶后的溶液调整酸、碱度的中和过程，以及皂化萃取剂时发生的交换反应，这些废盐分离成酸碱，实现流程的闭路循环，可实现真正的污水零排放。金属加工的废液主要来源于酸洗，这些废液可通过中和沉淀脱除其中的金属离子（如：铁、钙、重金属），盐液分离成酸碱后可分别用于酸洗、中和沉淀，使酸、碱闭路循环实现污水零排放和有用资源的有价回收。例1：低品位冰铜处理例2：三氧化二钼生产过程例3：不锈钢酸洗液处理工艺以上的工艺中均可实现闭路无污染工艺，减少了传统工艺中的二次污染。3、在废气处理方面在一些焚烧废气治理中，一些有害气体的富集回收方面，双极膜电渗析也有广阔的应用前景，石化尾气焚烧、煤电厂烟道气脱硫等，如煤电厂脱硫，现行的方法大部分为石灰法，部分是氧化镁法，产生大量废渣，利用价值很低，氧化镁法煅烧回收氧化镁和二氧化硫，能耗和二次污染也存在很大问题，采用双极膜电渗析法上述问题可以得到很好的解决，工艺流程如下：该工艺中Na2SO4可用三室双极膜电渗析生产出硫酸，碱和稀盐，碱和稀盐进入碱室，也就是该工艺有两个副产物，一是高浓度SO2（95%）；二是稀硫酸。回收的SO2用于生产硫酸，可取代用硫磺法生产硫酸和三氧化硫，这个量是相当大，并且操作稳定，吸收率高，生产环境清洁。4、有机化工方面（一）有机酸类产品的生产有机酸类是指 酸类（一元酸、多元酸、氨基酸等）配类，巯基化合物（如硫醇类）磺酸类等，但能直接利用双极膜电渗析将其碱金属盐转化为酸和碱或从混合物中分离出来的有机酸大多是在水中有一定溶解度的，少数在一些极性溶剂中有一定溶解度的也可实现，但此类产品生产的电耗可能要高些。与传统的钙盐法相比，它不使用成分复杂的石灰（石）也不消耗硫酸，避免大量废盐的产生，产品的收率和纯化也有相当的优势。在一些碱能够用于上一工序的工艺中，优势就更加显著。离子交换法和全离子交换法二者原理是相同的，区别在于碱酸的消耗，普通离子交换法酸碱用量是理论值的35倍，而全离子交换法是理论值的1.1倍，现在全离子交换法在一些有机酸制造方面广泛采用，但存在着稀氯化钠溶液排放问题，同时也要消耗酸和碱，如果使用双极膜电渗析则不消耗酸，同时还能副产碱。双极膜电渗析的应用，对一些有机酸类生产工艺的改进有着重大意义。一些老的工艺可能会变得经济，和环保了。甲酸是重要的有机酸，主要生产方法有甲酸钠法、甲酰胺法、甲酸甲酯法、在三种合成工艺中，甲酸钠法要消耗大量碱和硫酸，产品中氯离子超标，现已逐步被淘汰，传统工艺过程是：CO+NaOH HCOONa+H2SO4 HCOOH+Na2SO4 如果在此工艺从甲酸钠开始利用双极膜电渗析，则工艺过程则度为从工艺过程可以看出，它消耗的唯一原料是CO。NaOH闭路循环使用，不消耗硫酸、不产生废液和废渣。NaOH的循环利用，消除了购入氢氧化钠中氯离子的进入，提高了甲酸的质量，因此，无论从能耗、原料、消耗、环保、设备投资、工艺的稳定性、还是产品质量均优于甲酸甲酯法，必将成为甲酸生产工艺中最有竞争力的工艺，另外，CO来源丰富。黄磷厂尾气副产，煤法制甲醇过剩的CO均可作为其廉价的原料来源。与之配套，可大大增加企业的经济效益。由甲酸钠生产草酸钠进而生产草酸也有同样效果。丙二酸一般采用氯乙酸钠与氰化钠反应然后碱解，酸化制得，用双极膜电渗析处理碱解后精制的溶液得丙二酸溶液和氢氧化钠溶液，氢氧化钠循环利用，不消耗酸，避免了氯化钠与丙二酸的分离过程，使能耗大大降低。乳酸是三大有机酸之一，一般采用发酵法生产，传统的提取工艺，一般采用离子交换法，导致大量废水生成，并且产品损失较大，膜法提取工艺为：衣糠酸和葡萄糖酸、VC等发酵法生产的有机酸产品，情形与乳酸类似，同样可以用双极膜电渗析法对老的生产工艺进行改进。甲磺酸是一种重要的有机酸，它主要用于电子、电镀、医药、不锈钢除锈等很多领域，现在的生产方法主要还是以甲基磺酰氯水解为主，生产成本较高，亚硫酸钠法与双极膜电渗析结合可大大降低产品成本，具有相当大的竞争优势，工艺过程如下：对于牛磺酸生产过程与甲磺酸类似，避免了酸化过程，NaOH可循环使用。石油碱渣是成分较为复杂的有机酸类混合物，它是从煤油、柴油碱洗而得，它需酸化后进行精制。主要产品为环烷酸，这样，它会消耗碱和酸，副产硫酸钠，如果利用双极膜电渗析将硫酸钠转化为碱和酸实现循环利用，既降低生产成本，又消除了废盐液，一举两得。石蜡氧化合成脂肪酸的工艺过程与此相同。类似的情况，在很多种不溶于水的有机酸生产过程中都存在，这些废盐水的量是非常惊人的，并且还会含有一定量的有机有害物质，如果单纯制成盐，从经济价值上说，是非常不值得的，排放又对环境造成严重污染，用简单制盐的方法治理，会给企业带来很大的经济负担，用双极膜电渗析将其转化为酸和碱循环使用，只是消耗一定量的电，但它远低于购入酸碱的费用，因此在治理污水的同时，也降低了企业的生产成本，可谓一种完美的治理方案。这方面的应用尚待开发。在酚及其衍生物的生产过程中，有很多存在磺化或氯化、碱熔、酸化过程，这意味着在生产过程中要消耗大量的碱和酸而产生大量的含酚废盐液，这些含酚盐液的治理是非常困难的，很难做到达标排放，如果在生产过程中利用双极膜电渗析，做到工艺水的闭路循环，和酸碱的闭路循环，既可使废水中的产品重新回到生产系统得以回收，又把排放降到最低，近乎零，可摘掉酚类生产企业污染大户的帽子。 苯酚是产量最大的酚，它的反应过程是：此工艺的特点是设备简单，对材质要求不高，产品质量好，收率较高，缺点是浓缩能耗高，耗用大量硫酸和氢氧化钠，副产大量亚硫酸钠，清华大学余立新老师与燕石化利用双极膜对此工艺进行改进，改进后该系统酸碱均可循环使用，反应物料循环如下： 从物料循环和物料衡算可以看出，理论上只需苯一种原料，酸、碱、水形成闭路循环，可谓尽善尽美了。水杨酸（邻羟基苯甲酸）及其异构体和它们的衍生物合成，普遍采用酚类钠盐或钾盐与CO2进行羰基化反应来合成，然后酸化，生产中消耗大量酸和碱，特别是一些采用钾盐合成的产品，碱的回收尤为重要，如对羟基苯甲酸。氨基酸分离是一个较为复杂的过程，氨基酸是两性的，它在某一个固定的PH值（等电点）时，氨基酸是中性分子，在PH值高于等电点的溶液中呈现负离子性质，而低于等电点时呈现正离子性质，因此，在溶液PH值偏离等电点时，会对阴、阳膜有不同的选择透过性，依据氨基酸的这一特性，在对氨基酸进行分离时，必须对盐液的PH值进行控制，才能达到定向的分离效果，并且PH值偏离等电点越远分离效果就越好。氨基酸的分离有如下几种情况：（1）单一种氨基酸与阳离子形成的盐；（2）单一种氨基酸与阴离子形成的盐；（3）单一种氨基酸盐与盐的混合物；（4）多种氨基酸盐与盐的混合物；（5）多种氨基酸（或盐）的混合物；针对不同的情况应采用不同型式的双极膜电渗析和不同的操作条件来实现分离过程。 在一些中性水溶的有机化工产品生产中，产生一些水溶性有机酸盐，同产品混在一起，习惯性做法是分步结晶，或萃取，这样做法存在一些问题，产品中含有盐，盐中含有少量产品。如：在钠法季戊四醇生产中，副产的甲酸钠同产品混在一起。现在的做法是浓缩，首先季戊四醇结晶，再浓缩甲酸钠结晶，如此返复几次，控制产品的灰分，超标为止。近几年有些生产企业，采用了普通电渗析，先脱盐再结晶这样大大提高了产品收率和产品质量，仍得到甲酸钠，如果采用双极膜电渗析取代普通电渗析，在吨产品电耗略有增加的情况下，会产出甲酸和氢氧化钠，甲酸部分返回反应，其余萃取蒸馏得到无水甲酸，可作为产品出售，氢氧化钠全部返回反应，基本可以自给自足，每年节省的原料是非常可观的。新戊二醇与其类似，但新戊二醇是采用精馏的方法将醇与盐及其它杂质分开。能否将盐脱除再进行结晶分离是否可行，这还有待探讨和实验，无凝的碱可以循环使用并副产甲酸。在三羟甲基乙烷和三羟甲基丙烷（TMP）生产中也同样副产甲酸钠。这两种产品与甲酸钠的分离就没有以上两种产品简单，最终需蒸干后萃取产品才可彻底分离出来，能否使用双极膜电渗析或与普通电渗析结合彻底脱去甲酸钠后可直接精制，这个问题很值得研究。聚乙烯醇生产过程中，在聚醋酸乙烯醇解过程中副产醋酸钠，如果转化为醋酸和氢氧化钠，均可循环利用，并省去硫酸酸化和大量稀硫酸钠废水，这是当前该行业的一个重大污染源和治理负担。谷氨酸钠（味精）生产过程中，用硫酸调等电点分离出谷氨酸，母夜中仍有20%的产品和硫酸铵，用双极膜电渗析脱盐并转化为硫酸和氨水，硫酸调节电点循环使用，氨水返回发酵调PH值，脱盐液可进一步浓缩用电点法分离出合格的谷氨酸，这一工艺的使用势必对味精生产带来一场技术革命。（二）有机碱类产品生产有机碱主要有胺类（伯胺、仲胺、叔胺、季胺、多胺等）肼类、吡啶类等。大部分胺类合成工艺中都有无机碱参与反应，如碱化反应、即胺盐与碱反应、游离出胺，这一过程除消耗烧碱外，还造成大量废盐的产生。对于一些水溶性的胺可用双极膜电渗析脱除酸根而实现碱化这一过程，如乙二胺、1.2一二氯乙烷法，要耗用大量碱（30%碱5.4吨），采用双极膜电渗折法可脱除反应液中的HCL，副产盐酸。季胺碱如四甲基氢氧化铵：四乙基氢氧化铵，传流的方法是用其氯盐加碱或加氧化银，现在少数采用电解法（阳离子隔膜）但产生氯气，回收有一定难度。现在用双极膜法少，试已收到良好的效果，正进行工业化中间试验。烷基肼类生产中，最后一步加碱蒸馏。应该可以用双极膜电渗析来替代，有持于尝试。吡啶类产品生产过程中，同样需要碱类游离或反应，有必要对此类产品生产工艺进行改进。（三）其它有机合成：除有机酸和有机碱外，其它有机合成也同样存在大量消耗酸和碱的工艺过程，如染料、农药、医药等有机中间体的生产过程，应用双极膜电渗析，会对其降低污染，提高产品收率，实现酸碱循环利用，均有太宽太广的探索空间。如氰乙酸、氨基甲酸、氨二乙酸、酰胺类（甲基丙烯酰胺N.N一二甲基丙烯酰胺。亚甲基双丙烯硗胺等）腈类（3羟基丙腈、丙酮腈醇等等）各类染料及有机颜料的合成过程中，均有酸化或碱化等过程，一些水溶性的均可用双极膜电渗析直接进酸化或碱化，这些重污染型产品的生产工艺改进均有待开发；亚硝酸酯的无酸合成并副产氢氧化钠工艺也值得研究。（四）有机电合成双极膜作为有机电合成的隔膜是一个新兴的合成工艺。它的特点是两个配对的产品分别在阴极和阳极，可在稳定的酸性条件和碱性条件下反应，这就大大拓宽了配对合成的可能性。可大大降低两种产品交叉污染的可能性。在这一方面福建师范大学陈震教授等做了大量工作。（五）农副产品化工农副产品是一个重要的有机化工产品合成的原料，有太多的产品是通过农副产品加工制取，如糠醛、木糖、低聚糖、乳清脱盐、纤维素、纸浆、植酸果胶，柠檬酸、植物甾醇、咖啡咽等等。在很多物质的制取过程中要用到酸和碱处理，这样，酸碱的回收就显得尤为重要，否则将对环境造成很大污染和成本的增加。例如木糖的生产。现在工艺是在现有工艺中，向木糖液中加石灰乳，产生硫酸钙沉淀，这一步的过滤难度非常大，会夹带一部分产品，并留在母液中大量的钙、铁等杂质离子，给后面的离子交换造成很大的负担，离子交换树脂再生废液很多，造成严重污染，对现有工艺进行的改进从以下几个方面入手，一方面采用超滤膜对木糖液进行脱色和除胶，脱除率高达80%以上。另一方面，进一步脱除二价离子后，利用双极膜电渗析将有机酸和无机酸（硫酸）脱出，浓度达到35%，返回酸解循环使用。处理1吨木糖液雾耗电100150kwh。再一方面采用反渗透膜进行浓缩（2025%）可大大降低煤耗；还有少量离子交换废液直接利用双极膜电渗析转化为酸碱循环再生使用，并回收植酸。这一多种膜分离技术的巧妙结合，大大降低了木糖的生产成本，也彻底消除污水，实现木糖生产污水零排放。造纸黑液是困绕造纸业的一个重大难题，随着国家对排污的严格控制，企业不得不对其进行彻底治理，治理费给企业带来沉重的负担，多年来推出了多种治理方法，由于黑液的成分十分复杂，很难找到一种既经济又彻底的治理方法。造纸黑液是造纸过程中植物纤维原料经过化学蒸煮液形成的废液称为黑液。原料和蒸煮剂的成分不同所形成的黑液成分也不同。每吨浆排出的黑液量约为810m3。废水量是很大的，而耗碱量更是大的惊人，这一部分资源如果不能收回，一是造成巨大污染，二是浪费资源，现在人们正在寻找有效的解决途径。现在有很多厂家采用焚烧、残渣水浸石灰苛化回收碱，循环利用，但一些专家学者认为，黑液中的有机物是很有价值化工原料资源，对其进行深加工可合成分离出很多具有很高利用价值的物质，烧掉是十分可惜和浪费的。对于造纸黑液的综合利用已进行很多研究，并取得了很多有价值的成果，但对提取有机物后的废无机盐液的处理尚无行之有效的方法，如果采用双极膜电渗析回收碱和酸，基本实现循环利用这将对黑液的治理实现突破性进展。大豆蛋白生产普遍采用碱溶酸沉工艺，会产生大量的乳清液，其中含有大量有价值成分，如：低聚糖、异黄酮等，另外还含有大量无机盐，每生产1吨大豆蛋白要产生10吨左右乳清液。如果排放会造成严重的环境污染，现在处理方法主要采用超滤、纳滤、反渗透等方法，能够回收部分有价成分，但无机盐只是浓缩而无利用价值，如果采用双极膜电渗析将其中的无机盐转化为酸和碱得以循环利用，这样会大大降低生产成本。彻底消除污染，将加快我国大豆深加工业的发展步伐。木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源，据测算年总产量1500亿吨，如作物秸杆林业生产废弃物等，现在的开发利用率很低，它的一个很好的用途就是生产燃料乙醇，随着石油价格的上涨，越来越受到人们重视。纤维素生产燃料乙醇是生物燃料乙醇发展最有意义的一条途径，纤维素生产燃料乙醇有两条不同的技术路线，一是酸水解，二是酶水解。其中酸解法是采用盐酸或硫酸，将纤维素转化为糖，然后发酵为乙醇，它的技术关键在于酸与水解物的分离并循环再利用问题。采用双极膜电渗析，回收并循环利用水解酸，解决了该工艺工业化的环境污染问题，解决了这一问题，与酶法相比会更有优势，但需更进一步的研究和比较。（六）轻纺行业；众所周知，印染行业废水量非常大，每印染加工1吨纺织品耗水100-200吨，其中80-90%变为废水。如退浆废水、煮炼废水、漂白废水、丝光废水、染色废水、印花废水等，有资料介绍利用双极膜电渗析可回收废水中的染料。回收利用酸碱这是可行的，使水循环利用，这将节约大量水资源，避免废水排放。有资料介绍以纤维素为原料生产人造丝工厂中利用双极膜电渗析处理废沉降槽液，实现了硫酸和氢氧化钠的循环利用。七、双极膜电渗析的发展方向尽管双极膜已工业化生产了二十余年，并且它的优势已被人们普遍认可和推崇，但它的应用却很不尽人意，很多应只是停留在实验室，尚未工业化，在国内尚无大规模工业化应用的先例，为什么会这样呢？普遍认为原因是双极膜的价格太高，一般产品的附加成本太高，而不能承受，所以双极膜降低生产成本是关系到它能否被推广使用的关键之关键。另一个原因就是双极膜电渗析对于成分复杂的体系精制要求较高，否则会影响双极膜电渗析器的使用寿命，对于这一点依我观察和实验，双极膜的牢度是一个因素，但双极膜对一些杂质要求远低于普通阴膜和阳膜，特别是阳膜对杂质的要求，因此，发展抗污染单膜对双极膜的推广至关重要，因为很多体系精制难度很大或成本很高（如海水发酵液等）。如果能够解决抗污染膜的问题，使对处理液体的杂质要求降低，会大大降低前处理成本，使用更为方便。解决这一问题，还可以结合其它种类的膜应用，如超滤膜、纳滤膜，也会大大降低处理成本。另一个至关重要的因素是新型膜器的开发，如防漏电隔板，防漏电隔板不仅仅是为了提高电渗析的电流效率，更重要的是防止“寄生电流”，所谓“寄生电流”就是从两极通过导流通道而产生的电流，当处理液和产品的浓度较高时“寄生电流”会很大，以至于击穿极室附近的膜。还有膜的耐溶剂性能，对于一些含有有机溶剂的场何是非常重要的。对于以上几个问题，需要科研机构、企业的通力协作，才能把双极膜的应用推向实际。针对以上几个问题，我公司已做了大量工作，除开发生产了具有很好的牢度和较低膜电压的双极膜外，还研制出了防漏电隔板，双极膜的成本也大幅度下降，已实现工业化规模生产，对于抗污染单膜和耐溶剂膜也正与有关专家交流，共同开发，我想会在较短时期内得到突破。我公司郑重声明，愿与科研机构和企业竭诚合作，共同开发和拓宽广双极膜的应用范围，为改善中国乃至全世界水环境，发展循环经济，实现节能减排而努力奋斗。也欢迎各位专家学者光临指导并给予支持。以上有不妥之处敬请原谅和批评指正。